鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點
1 易氧化
鋁和氧的親和力很強。在常溫下，鋁表面就能被氧化成厚度約0.1～0.2 m致密的AL2O3薄膜。雖然這層氧化鋁薄膜比較致密，能防止金屬的繼續(xù)氧化，對自然防腐有利，但它給焊接帶來了困難，這是由于氧化鋁的熔點(2050℃)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋁的熔點(600℃左右)，比重約為鋁的1.4倍。在焊接過程中，會阻礙金屬之間的熔合，易形成夾渣，而且氧化鋁薄膜還吸附了較多的水份，焊接時會促使焊縫生成氣孔。
2 較大的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容
鋁的導(dǎo)熱系數(shù)約為鋼的四倍，因此，焊接鋁材管時，比鋼管焊接要消耗更多的熱量，為得到的焊接接頭，必需采用能量集中，功率大的熱源。
3 易形成氫氣孔
鋁及鋁合金的焊接氣孔主要氫氣孔。鋁在液態(tài)時能大量吸收和溶解氫，在熔融狀態(tài)下溶解度為0.0069ml/g，而在高溫凝固狀態(tài)下為0.00036 ml/g，前后相差近20倍。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)很大，在相同的焊接工藝條件下，其冷卻速度為鋼的4～7倍，使金屬結(jié)晶加快，焊接熔池在快速冷卻過程中，氫的溶解度急劇下降，此時析出大量過飽和氣體，氫氣來不及析出在焊縫金屬中形成氣孔。因此，在焊接鋁材時，焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向很大。

5A02 飛機油箱與導(dǎo)管，焊絲，鉚釘，船舶結(jié)構(gòu)件。
5A03 中等強度焊接結(jié)構(gòu)，冷沖壓零件，焊接容器，焊絲，可用來代替5A02合金。
5A05 焊接結(jié)構(gòu)件，飛機蒙皮骨架。
5A06 焊接結(jié)構(gòu)，冷模鍛零件，焊拉容器受力零件，飛機蒙皮骨部件。
5A12 焊接結(jié)構(gòu)件，甲板。

鋁合金焊接保護(hù)措施
1、焊前用化學(xué)+機械的方法清除工件坡口及周圍部分和焊絲表面的氧化物，順序是先化學(xué)清洗，后機械打磨；
2、焊接過程中要采用合格的保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)；
3、在氣焊時，采用熔劑，在焊接過程中不斷用焊絲挑破熔池表面的氧化膜。
焊接難點
（1）極易氧化。在空氣中，鋁容易同氧化合，生成致密的三氧化二鋁薄膜（厚度約0．1－0．2μm），熔點高（約2050℃），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋁及鋁合金的熔點（約600℃左右）。氧化鋁的密度3．95－4．10g/cm3，約為鋁的1．4倍，氧化鋁薄膜的表面易吸附水分，焊接時，它阻礙基本金屬的熔合，極易形成氣孔、夾渣、未熔合等缺陷，引起焊縫性能下降。
（2）易產(chǎn)生氣孔。鋁和鋁合金焊接時產(chǎn)生氣孔的主要原因是氫，由于液態(tài)鋁可溶解大量的氫，而固態(tài)鋁幾乎不溶解氫，因此當(dāng)熔池溫度快速冷卻與凝固時，氫來不及逸出，容易在焊縫中聚集形成氣孔。氫氣孔難于完全避免，氫的來源很多，有電弧焊氣氛中的氫，鋁板、焊絲表面氧化膜吸附空氣中的水分等。實踐，即使氬氣按GB/T4842標(biāo)準(zhǔn)要求，純度達(dá)到99．99% 以上，但當(dāng)水分含量達(dá)到20ppm時，也會出現(xiàn)大量的致密氣孔，當(dāng)空氣相對濕度超過80%時，如果不采取加熱等措施，焊縫就會明顯出現(xiàn)氣孔。同時，采用小電流慢速焊，加大焊縫冷卻時間，并利用焊絲電弧進(jìn)行熔池攪動，可以較好的幫助氣體排出熔池。
（3）焊縫變形和形成裂紋傾向大。鋁的線膨脹系數(shù)和結(jié)晶收縮率約比鋼大兩倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形的內(nèi)應(yīng)力，對剛性較大的結(jié)構(gòu)將促使熱裂紋的產(chǎn)生。
（4）鋁的導(dǎo)熱系數(shù)大（純鋁0．538卡/Cm．s．℃）。約為鋼的4倍，因此，焊接鋁和鋁合金時，比焊鋼要消耗更多的熱量。
（5）合金元素的蒸發(fā)的燒損。鋁合金中含有低沸點的元素（如鎂、鋅、錳等），在高溫電弧作用下，極易蒸發(fā)燒損，從而改變焊縫金屬的化學(xué)成分，使焊縫性能下降。
（6）高溫強度和塑性低。高溫時鋁的強度和塑性很低，破壞了焊縫金屬的成形，有時還容易造成焊縫金屬塌落和焊穿現(xiàn)象。
（7）無色彩變化。鋁及鋁合金從固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)時，無明顯的顏色變化，使操作者難以掌握加熱溫度

鋁合金是以鋁為基體元素和加入一種或多種合金元素組成的合金。一般采用交直流方波鎢極氬弧焊和脈沖MIG焊進(jìn)行焊接，脈沖MIG焊又分為一脈一滴脈沖MIG焊和高速脈沖MIG焊。脈沖MIG焊采用焊絲分為：純鋁焊絲301；鋁硅焊絲4043；鋁鎂焊絲5356；保護(hù)氣采用高純度氬氣：99.99%Ar。
鋁合金具有重量輕、抗腐蝕、易成型等優(yōu)點；隨著新型硬鋁、超硬鋁等材料的出現(xiàn)使得這類材料的性能不斷提高，因而在航空、航天、高速列車、高速艦艇、汽車等工業(yè)制造領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

由于鋁及其合金化學(xué)活潑性很強和自身的屬性，使得在焊接時較困難，對焊縫的質(zhì)量控制要求較高，主要為：
1、鋁及其合金，表面易形成氧化膜：Al2O3或MgO，且多具有難熔性質(zhì)（Al2O3熔點約為2050℃，MgO熔點約為2500℃）。
2、氧化膜(Al2O3或MgO)密度同鋁的密度極其接近，所以也容易成為焊縫金屬的夾雜物。
3、氧化膜（MgO）可以吸收較多的水分而形成焊縫氣孔。
4、鋁及其合金導(dǎo)熱性強，焊接時容易造成不熔合現(xiàn)象。
5、鋁及其合金的線膨脹系數(shù)大約為碳鋼的2倍；導(dǎo)熱性又強，比鋼約大一倍多；凝固時的體積收縮率較大，約為6.5％，而鐵為3.5％。焊接后容易產(chǎn)生變形、熱裂紋以及熱影響區(qū)的軟化、強度降低等問題。
針對以上問題，采用四川瑪瑞焊業(yè)發(fā)展有限公司高速脈沖MIG焊機可以很好的解決以上問題，同時獲得的焊接質(zhì)量。
高速脈沖MIG焊機焊接時電弧過度脈沖頻率為3kHz—5kHz，自動形成壓縮電弧，電弧電流密度大，從而使焊接時：
① 電弧更集中，小電流焊接時可以代替TIG焊
② 穿透力更強，不易造成未熔合
③ 攪拌力更大和更深，不易造成氣孔和夾渣
④ 高速脈沖對Al2O3破除效果好
⑤ 焊接速度更快，熱影響區(qū)小、變形小

另外，還得注意氣孔的形成原因和焊接參數(shù)匹配。焊縫氣孔的出現(xiàn)一般多為氫氣孔。氫氣孔的形成主要為：
1、弧柱氣氛中的水分: 弧柱空間總是或多或少存在一定數(shù)量的水分，尤其在潮濕季節(jié)或濕度大的地區(qū)進(jìn)行焊接時，由弧柱氣氛中水分分解而來的氫，溶入過熱的熔融金屬中，可成為焊縫氣孔的原因。
2、焊絲、母材表面氧化膜的吸附水份：鋁合金焊絲、母材的表面氧化膜中含有不致密的MgO或Al2O3，焊接時，在熔透不足的情況下，母材坡口端部未除凈的氧化膜中所吸附的水分，常常是產(chǎn)生焊縫氣孔的主要原因。
3、保護(hù)氣體不純：保護(hù)氣體多為氬氣，氬氣中含有水份或雜質(zhì)，焊接時造成焊縫氣孔。
一般說來，鋁及其合金焊接線能量越大，焊縫性能下降的趨勢也越大。對于熔合區(qū)，除了防止晶粒粗化，還可能因晶界液化而產(chǎn)生顯微裂紋。所以，熔合區(qū)的變化主要是惡化塑性。因而焊接工藝參數(shù)應(yīng)選用既不造成未熔合又不過燒的合理參數(shù)才能確保鋁及其合金的焊接質(zhì)量。

合　金
典　型　用　途

2014
應(yīng)用于要求高強度與硬度（包括高溫）的場合。飛機重型、鍛件、厚板和擠壓材料，車輪與結(jié)構(gòu)元件，多級火箭級燃料槽與航天器零件，卡車構(gòu)架與懸掛系統(tǒng)零件

2019
是個獲得工業(yè)應(yīng)用的2XXX系合金，目前的應(yīng)用范圍較窄，主要為鉚釘、通用機械零件、結(jié)構(gòu)與運輸工具結(jié)構(gòu)件，螺旋槳與配件

2024
飛機結(jié)構(gòu)、鉚釘、構(gòu)件、卡車輪轂、螺旋槳元件及其他種種結(jié)構(gòu)件

2048
航空航天器結(jié)構(gòu)件與兵器結(jié)構(gòu)零件

2124
航空航天器結(jié)構(gòu)件

2218
飛機發(fā)動機和柴油發(fā)動機活塞，飛機發(fā)動機汽缸頭，噴氣發(fā)動機葉輪和壓縮機環(huán)

2219
航天火箭焊接氧化劑槽，超音速飛機蒙皮與結(jié)構(gòu)零件，工作溫度為-270~300攝氏度。焊接性好，斷裂韌性高，T8狀態(tài)有很高的抗應(yīng)力腐蝕開裂能力

2618
模鍛件與自由鍛件?；钊秃娇瞻l(fā)動機零件

2A02
工作溫度200~300攝氏度的渦輪噴氣發(fā)動機的軸向壓氣機葉片

2A06
工作溫度150~250攝氏度的飛機結(jié)構(gòu)及工作溫度125~250攝氏度的結(jié)構(gòu)鉚釘

2A10
強度比2A01合金的高，用于制造工作溫度小于等于100攝氏度的結(jié)構(gòu)鉚釘

2A11
飛機的中等強度的結(jié)構(gòu)件、螺旋槳葉片、交通運輸工具與建筑結(jié)構(gòu)件。的中等強度的螺栓與鉚釘

2A12
蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、鉚釘?shù)龋ㄖc交通運輸工具結(jié)構(gòu)件

2A14
形狀復(fù)雜的自由鍛件與模鍛件

2A16
工作溫度250~300攝氏度的航天零件，在室溫及高溫下工作的焊接容器與氣密座艙

2A17
工作溫度225~250攝氏底的零件

2A50
形狀復(fù)雜的中等強度零件

2A60
發(fā)動機壓氣機輪、導(dǎo)風(fēng)輪、風(fēng)扇、葉輪等

2A70
飛機蒙皮，發(fā)動機活塞、導(dǎo)風(fēng)輪、等

2A80
航空發(fā)動機壓氣機葉片、葉輪、活塞、漲圈及其他工作溫度高的零件

2A90
航空發(fā)動機活塞

3A21
飛機油箱、油路導(dǎo)管、鉚釘線材等；建筑材料與食品等工業(yè)裝備等

5052
此合金有良好的成形加工性能、抗蝕性、可燭性、疲勞強度與中等的靜態(tài)強度，用于制造飛機油箱、油管，以及交通車輛、船舶的鈑金件，儀表、街燈支架與鉚釘、五金制品等

5056
鎂合金與電纜護(hù)套鉚釘、拉鏈、釘子等；包鋁的線材廣泛用于加工農(nóng)業(yè)捕蟲器罩，以及需要有高抗蝕性的其他場合

5083
用于需要有高的抗蝕性、良好的可焊性和中等強度的場合，諸如艦艇、汽車和飛機板焊接件；需嚴(yán)格防火的壓力容器、致冷裝置、電視塔、鉆探設(shè)備、交通運輸設(shè)備、元件、裝甲等

5086
用于需要有高的抗蝕性、良好的可焊性和中等強度的場合，例如艦艇、汽車、飛機、低溫設(shè)備、電視塔、鉆井裝置、運輸設(shè)備、零部件與甲板等

5A02
飛機油箱與導(dǎo)管，焊絲，鉚釘，船舶結(jié)構(gòu)件

5A03
中等強度焊接結(jié)構(gòu)，冷沖壓零件，焊接容器，焊絲，可用來代替5A02合金

5A05
焊接結(jié)構(gòu)件，飛機蒙皮骨架

5A06
焊接結(jié)構(gòu)，冷模鍛零件，焊拉容器受力零件，飛機蒙皮骨部件

6005
擠壓型材與管材，用于要求強高大于6063合金的結(jié)構(gòu)件，如梯子、電視天線等

6009
汽車車身板

6010
薄板：汽車車身

6061
要求有一定強度、可焊性與抗蝕性高的各種工業(yè)結(jié)構(gòu)性，如制造卡車、塔式建筑、船舶、電車、家具、機械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材

6A02
飛機發(fā)動機零件，形狀復(fù)雜的鍛件與模鍛件

7049
用于鍛造靜態(tài)強度與7079-T6合金的相同而又要求有高的抗應(yīng)力腐蝕開裂勇力的零件，如飛機與零件——起落架液壓缸和擠壓件。零件的疲勞性能大致與7075-T6合金的相等，而韌性稍高

7050
飛機結(jié)構(gòu)件用中厚板、擠壓件、自由鍛件與模鍛件。制造這類零件對合金的要求是：抗剝落腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂能力、斷裂韌性與抗疲勞性能都高

7075
用于制造飛機結(jié)構(gòu)及 他要求強度高、抗腐蝕性能強的高應(yīng)力結(jié)構(gòu)件、模具制造

7175
用于鍛造用的高強度結(jié)構(gòu)性。T736材料有良好的綜合性能，即強度、抗剝落腐蝕與抗應(yīng)力腐蝕開裂性能、斷裂韌性、疲勞強度都高

7178
供制造航空航天器的要求抗壓屈服強度高的零部件

7475
機身用的包鋁的與未包鋁的板材，機翼骨架、桁條等。其他既要有高的強度又要有高的斷裂韌性的零部件

7A04
飛機蒙皮、螺釘、以及受力構(gòu)件如大梁桁條、隔框、翼肋、起落架等




氣孔產(chǎn)生原因：鋁焊接氣孔主要是氫進(jìn)入焊接熔池而形成的。氫來源有：材料、焊絲、保護(hù)氣體、送絲機構(gòu)、焊工的手套和環(huán)境濕度太高等，如焊絲被污染、材料及焊絲本身的氧化膜、送絲機構(gòu)上有油污或汗?jié)n等。預(yù)防措施：
6.1.1材料及焊絲內(nèi)的含氫量≤0.4mL /100g；
6.1.2 被焊件表面應(yīng)去除油污及氧化膜，存放時間不超過4h。表面清理后應(yīng)用干燥、潔凈、不起毛的物件覆蓋坡口及兩側(cè)；
6.1.3 焊絲盡量使用拋光焊絲，不然處理方法同上；
6.1.4 保護(hù)氣體內(nèi)雜質(zhì)含量：H2≤0.001%；O2≤0.02%；N2≤0.1%；H2O≤0.02%；
6.1.5保護(hù)氣體管路：一般采用不銹鋼管或銅管，軟管采用塑料管而不能用橡膠等易吸水的軟管；焊前應(yīng)檢查冷卻水管道，確保不會漏水；當(dāng)環(huán)境濕度很大時，應(yīng)對保護(hù)氣體進(jìn)行加熱對管路進(jìn)行吹掃；
6.1.6 送絲機構(gòu)：不得有油污，送絲管采用聚四氟乙烯管或尼龍，并焊前清理管內(nèi)污染和冷凝水；
6.1.7現(xiàn)場環(huán)境：溫度不宜超過25℃，相對濕度不超過50%，保持環(huán)境清潔；
6.1.8焊工：工作服裝盡量是白色的，以便能及時發(fā)現(xiàn)和清理污染。焊時注意汗水和油漬不要再次污染焊件；
6.1.9 在焊前都應(yīng)在試板上試焊，以便檢查保護(hù)氣體和管路是否合格。
6.1.10 焊接工藝上預(yù)防措施：用雙面焊代替單面焊；每道焊縫薄時比厚時有利于氣孔逸出；大直徑焊絲有利于減少氣孔；焊前預(yù)熱、焊后緩冷；降低電弧電壓、電流、降低焊接速度，有利于減少氣孔。
6.2 裂紋產(chǎn)生原因：材料焊接性較差；選擇焊絲時沒考慮抗裂性；結(jié)構(gòu)的拘束度過大。預(yù)防措施：
6.2.1 對焊接性較差的鋁材在焊接前應(yīng)考慮其抗裂性而不能只考慮強度；必要時可考慮對焊件進(jìn)行退火后焊接，焊后再淬火時效。
6.2.2 選擇抗裂紋性好的焊絲，如含Si等低熔點元素的焊絲。
6.2.3 盡量減少焊接接頭的拘束度，合理安排焊接順序，讓焊縫能夠有橫向收縮余量，以減小焊接應(yīng)力。沒有必要定位焊的就不要焊定位焊，能雙面定位焊的就不要單面定位焊。
6.2.4 盡量面焊為雙面焊。
探傷要求：
1.封頭拼縫焊后應(yīng)進(jìn)行RT，成形后再按規(guī)定RT或PT。
2.A、B類焊縫一般進(jìn)行RT。
3.容器上的C、D類焊接接頭進(jìn)行PT。
4.鋁材表面補焊焊縫進(jìn)行PT。
5.鋁卡具和拉筋的臨時固定連接焊縫拆除后的焊痕等進(jìn)行PT。
6.其他圖樣要求探傷的部位。

5183（鋁焊條／鋁焊絲）特性如下：主要元素合金有：鎂、錳、鉻。不可以熱處理，熔化溫度為：579℃～638℃，抗腐蝕能力：A（Gen）A（Sc c ），，密度：2.66克／㎝3，陽極化處理后為白色。5183鋁焊條于1957年被發(fā)明，用于5083及類似的高強度的鋁合金材料的焊接，它的焊接強度要5356.


鋁和鋁合金管焊接特點和方法
鋁合金由于重量輕、強度高、耐腐蝕性能好、無磁性、成形性好及低溫性能好等特點而被廣泛地應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中,采用鋁合金代替鋼板材料焊接,結(jié)構(gòu)重量可減輕50 %以上。因此，鋁及鋁合金除廣泛的應(yīng)用于航空、航天和電工等領(lǐng)域外，同時還越來越多的應(yīng)用于石油化學(xué)工業(yè)。濮陽中原大化新建空分裝置就大量使用了鋁鎂合金(主要有：5083、5183、5A02相當(dāng)于舊牌號中的LF2、LF4)。但是鋁及鋁合金在焊接過程中，易出現(xiàn)氧化、氣孔、熱裂紋、燒穿和塌陷等問題。此類材質(zhì)是被公認(rèn)為焊接難度較大的被焊接材料，特別是小徑薄壁管的焊接更難掌握。因此，解決鋁及鋁合金的這些焊接缺陷是施工過程中解決的問題。
2、鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點
2.1 易氧化 鋁和氧的親和力很強。在常溫下，鋁表面就能被氧化成厚度約0.1～0.2 m致密的AL2O3薄膜。雖然這層氧化鋁薄膜比較致密，能防止金屬的繼續(xù)氧化，對自然防腐有利，但它給焊接帶來了困難，這是由于氧化鋁的熔點(2050℃)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋁的熔點(600℃左右)，比重約為鋁的1.4倍。在焊接過程中，會阻礙金屬之間的熔合，易形成夾渣，而且氧化鋁薄膜還吸附了較多的水份，焊接時會促使焊縫生成氣孔。

2.2 較大的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容 鋁的導(dǎo)熱系數(shù)約為鋼的四倍，因此，焊接鋁材管時，比鋼管焊接要消耗更多的熱量，為得到的焊接接頭，必需采用能量集中，功率大的熱源。
2.3 易形成氫氣孔
鋁及鋁合金的焊接氣孔主要氫氣孔。鋁在液態(tài)時能大量吸收和溶解氫，在熔融狀態(tài)下溶解度為0.0069ml/g，而在高溫凝固狀態(tài)下為0.00036 ml/g，前后相差近20倍。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)很大，在相同的焊接工藝條件下，其冷卻速度為鋼的4～7倍，使金屬結(jié)晶加快，焊接熔池在快速冷卻過程中，氫的溶解度急劇下降，此時析出大量過飽和氣體，氫氣來不及析出在焊縫金屬中形成氣孔。因此，在焊接鋁材時，焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向很大。
2.4 易形成熱裂紋
鋁的線膨脹系數(shù)和結(jié)晶收縮率比鋼大約一倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形和應(yīng)力，加上某些雜質(zhì)或合金元素的不利影響，在剛性較大的接頭中將導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。
2.5 燒穿和塌陷
鋁及鋁合金由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時.由于沒有明顯的顏色變化，所以，不易判斷熔池的溫度。焊接時，常因溫度過高不易被察覺而導(dǎo)致燒穿或嚴(yán)重塌陷。 3 焊前準(zhǔn)備